关键词:多媒体;量子力学;教学效率
一、前言
《量子力学》课程是物理学科的一门重要的基础课。量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,还在化学等相关学科和许多近代技术中得到了广泛的应用。
由于《量子力学》课程的重要性,其相关的教学得到了相当的重视,通常每周是4个学时的课程量。众所周知,《量子力学》是一门既难学又难教的课程,一是因为其中涉及的概念和我们日常生活(或者说常识)相距甚远,二是所学习的数学课程比较多,主要有高等数学、数学物理方法、线性代数等,几乎包括了物理专业学生所学过的全部数学课程。概念抽象,远离日常经验,计算复杂,使《量子力学》成为一门难学难教的课程。
随着电气化教学的发展,现在有越来越多的课程开始使用多媒体教学,并且取得了一定的成效,当然同时也显露了一些问题。本文拟对《量子力学》课程中使用多媒体教学的优缺点进行分析,并就如何在传统板书教学和多媒体教学之间达到最好的效果给出一些建议。
二、在《量子力学》课程中使用多媒体教学的利弊
众所周知,多媒体教学是教学手段创新的重要内容之一。多媒体教学是现代科学技术在教育工作中的运用,即应用先进的技术手段,把录音机、电视机、录像机、视频展示台、投影机、多媒体计算机等引进课堂,将通讯技术、网络技术、电子邮件、卫星远程通讯、传真通讯、虚拟现实等新的教育媒体逐步运用于教学,充分发挥其优势,增加教学的密度,调动学生的学习积极性。其主要的优点有:
(1)有利于提高课堂教学效率。传统的课堂教学,教师展示知识的空间只是一块容量有限的黑板,教学时间有限,教师不得不将很大一部分精力放在板演文字、绘画等低效的劳动上。这样的课堂教学往往呆板、僵化,缺乏生机与活力,效率不高。运用多媒体教学,可以将大量的教学信息预置在计算机内,随时调用,任意切换,将相关的图形、图像,生动、直观地投影到屏幕上,学生可从视觉、听觉等多方面感受知识,加深对教学内容的理解。
在《量子力学》课程中,如对于氢原子各级波函数,就可以直接使用图像形象地表示出来,可以给学生以强烈的印象,使物理结果更易于理解,同时也容易激起学生的学习热情。若使用传统板书手工绘制电子云图,一则手工画图速度慢,二则不很准确,直接影响教学效率。有的flash格式的课件,可以通过输入和调整主量子数、角量子数、磁量子数,即时把原子轨道轮廓图和径向分布图表示出来,用色鲜艳,对比强烈,给人以深刻的印象,这样效果是很明显的。
(2)能够激发学生的学习热情。多媒体技术因其图文并茂、声像俱佳的表现形式和跨越时空的非凡表现力,大大增强了学生对事物与过程的理解与感受,体现了极强的直观性,能够全方位、多角度、多层次地调动学生的情绪、注意力和兴趣,使学生能够主动地学习。
在《量子力学》课程中,比如在绪论部分,可适当地介绍一下在量子力学发展史上一些著名科学家的简历,如普朗克、爱因斯坦、玻尔、泡利、海森堡、费曼等,使用多媒体可通过文字、音像资料充分表现,这可以活跃课堂气氛,有助于促进学生对科学的热爱,包括对《量子力学》课程的兴趣。
(3)多媒体教学可以拓展教学时空。学生也可以通过拷贝电子教案和网上阅读电子教案进行课后复习,逐渐改变学生过于依赖课堂、过于依赖教师的传统教学模式,加强学生获取知识的能力,有助于创新人才的培养和学生个性的发展。事实上,我们可从网络上看到许多名师的教学课件,通过对课件的学习,无论对于学生还是教师都是有益的。这不论对《量子力学》课程还是其他课程都是一样的。
(4)动态交互性强。人机交互、立即反馈是多媒体技术的显著特点,也是任何其他媒体所没有的。在这种交互式学习环境中,教师通过创设形象直观、生动活泼的交互式教学情境,为学生提供更多的参与机会。教师与学生的交流、学生与学生交流、人机交流的良性互动,能激发学生的学习兴趣及参与意识,可以充分发挥学生的主观能动性,使学习更为主动,从而有利于学生形成新的认知结构。
(5)理论联系实践的功能大大增强。运用多媒体技术可以采用虚拟实验实现对普通实验的扩充,甚至现实环境很难实现或无法实现的实验项目,可以用图形、图像等多媒体形式,模拟实验全过程。借助有关的教学软件,通过对真实情景的再现和模拟,学生可以随时在电脑上“重温”实验过程。
在《量子力学》课程中涉及的实验不多,主要有黑体辐射、电子衍射实验、stern-gelach实验等。在展现实验过程和结果时,多媒体可发挥其优越性。如电子衍射实验,通过减弱电子流强度使粒子一个一个地被衍射,粒子一个个随机的被打到屏幕各处,显示粒子性,但经过足够长的时间,所得衍射图样和大量电子同时衍射所得图样一样,从而引出波函数的统计诠释。使用多媒体动画,我们可形象地展现电子一个一个打到屏幕上最后得到衍射图样的过程。这是在黑板上自己手工画图的效果所不能比拟的。
以上我们讨论了使用多媒体教学体现出的优越性。开展多媒体教学时一定要处理好内容与形式的关系。形式为内容服务,这是教学的一个基本原则,多媒体教学也不例外。教学体现的是教师和学生之间的一个沟通过程,在此过程中,如何恰当地使用多媒体技术应引起我们的注意。如果我们仔细分析,可以发现在多媒体教学中,特别是在《量子力学》教学中同样存在着较多的问题,值得引起我们的注意。
(1)忽视双向交流。在多媒体教学中,如果不注意的话,教师可能会较多的注意桌面点击,表演课件,而在一定的程度上忽视和学生的双向交流。不过相对来说,这一点只要讲课老师适当注意,就能够减小这方面的不利影响。
(2)数学推导的欠缺。
在《量子力学》课程中,由于涉及到的数学计算较多,在讲课过程中无法避免地会出现较多的数学推导。面对整个多媒体中大片的公式,学生很容易感到疲倦,甚至失去兴趣,从而使教学效果大打折扣。
从某种意义上来说,如果学了一门理论物理的课,学生却不能够把公式推导出来,就教学效果而言,是一个很大的遗憾。使用板书可让学生真实地看到教师如何把结论一步一步地推导出来,与使用多媒体相比,学生更容易掌握板书的推导,且学生本身的数学推导能力也能较快地提高。甚至教师在推导过程中偶然的失误也会促进学生的了解,至少可以让学生知道哪些地方如果不注意的话可能会弄错。
不过,过于复杂且教学大纲又不作要求的数学推导可以通过多媒体进行,一是让学生看到了结论是如何出来的,二又避免了把过多的时间投入于此,毕竟课堂时间是有限的。比如一维谐振子波函数,氢原子角向波和径向波函数。在教科书上,对氢原子角向波函数,常常直接说在《数学物理方法》课程中已经得到解,为球谐函数,然后就直接给出了结论,由于课时的原因,不可能对此进行详细的阐述。事实上学生有可能已经遗忘了相关内容,因此相应的复习还是必要的。通过多媒体简略地展示下相关推导过程可能是一个比较好的选择。
三、结论
前面我们分别讨论了在《量子力学》课程中使用多媒体教学中存在着的优缺点。为了有效提高教学效果,笔者认为应当综合的使用传统板书教学和多媒体教学,在讲授基本概念和有较多的图表时,可多使用多媒体教学,但应适当使用,而在讲数学推导时仍应使用传统板书,少用甚至不使用多媒体。
参考文献:
[1]韩芳.多媒体教学存在问题及对策分析[j].重庆工学院学报,2004,(18):143.
[2]唐利军.多媒体教学的思考[j].吉林广播大学学报,2005,(69):1.
[3]周世勋.量子力学教程[m].北京:高等教育出版社,1979.
[4]曾谨言.量子力学导论[m].北京:北京大学出版社,1998.
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